如何在FPGA中實現(xiàn)圖像格式轉(zhuǎn)換
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圖5. 更新縮放功能
為進一步定制設(shè)計，您可以針對MegaCore 功能來修改參數(shù)。Altera 開發(fā)的所有視頻功能都是可以進行參數(shù)賦值的。如圖6 所示，利用去隔行器功能，您不但可以選擇去隔行算法，還可以選擇默認場、直通模式、外部存儲器緩沖幀數(shù)量、輸出幀速率和運動控制補償?shù)人惴ā?/font>
圖6. 參數(shù)賦值硬件功能模塊
Avalon-ST 和Avalon-MM 接口標準的開放即插即用規(guī)范意味著您可以先進行圖像格式轉(zhuǎn)換設(shè)計，然后，采用定制模塊來替換Altera 模塊。很多設(shè)計人員都有適合自己應(yīng)用的定制算法。為實現(xiàn)定制算法的簡單集成，Altera 提供支持Avalon-ST 接口打包器的HDL 模板。打包器包括以下模塊：
■ VIP 控制數(shù)據(jù)包解碼器——從數(shù)據(jù)流中解碼VIP 控制數(shù)據(jù)包，將解碼后的數(shù)據(jù)（ 寬度、高度、隔行信息）作為單獨的信號發(fā)送給算法功能模塊。
■ VIP 控制數(shù)據(jù)包編碼器——根據(jù)接收到的寬度、高度和隔行信息對VIP 控制數(shù)據(jù)包編碼，將其插入到數(shù)據(jù)流中。
■ VIP 流控制打包器——圍繞用戶算法進行打包處理，實現(xiàn) Avalon-ST 與簡單讀寫接口的流控制轉(zhuǎn)換。
■ 用戶算法內(nèi)核——HDL 模板在用戶算法模塊中提供了簡單的設(shè)計實例。您可以采用自己的算法替代這一模塊。
圖7 所示為HDL 模板的高級結(jié)構(gòu)視圖。
圖7. Avalon 流HDL 模板
Algolith 作為Altera IP 合作伙伴，是視頻IP 領(lǐng)域的專業(yè)公司，采用了HDL 模板來評估其內(nèi)核。Algolith 開始時采用Altera 參考設(shè)計進行圖像格式轉(zhuǎn)換，然后使用自己的專用運動自適應(yīng)去隔行器替代Altera 去隔行器，并提供給用戶，在硬件中進行評估。同樣， Algolith 使用Altera 視頻設(shè)計工作臺開發(fā)了參考設(shè)計，幫助用戶評估他們的噪聲抑制IP。
4 結(jié)論
Altera 視頻工作臺為廣播基礎(chǔ)實施系統(tǒng)實現(xiàn)圖像格式轉(zhuǎn)換提供所有必須的關(guān)鍵功能。采用Altera 視頻設(shè)計工作臺和圖像格式轉(zhuǎn)換參考設(shè)計， FPGA 設(shè)計人員現(xiàn)在可以使用以前只有廣播ASSP 才能提供的功能，而且還具有靈活性和硬件定制等優(yōu)勢。
引言
服務(wù)器、交換機、前端編碼器以及專用演播顯示器等廣播基礎(chǔ)設(shè)備系統(tǒng)支持各種輸入圖像格式，在存儲、編碼和顯示之前，通常需要將圖像轉(zhuǎn)換為高清晰（HD） 或者其他分辨率格式。專用ASSP 雖然滿足了這一市場需求，取得了一定的成功，但仍然面臨通過采用單芯片方案來滿足廣播設(shè)備供應(yīng)商各種特殊需求這一挑戰(zhàn)。例如，在交換機應(yīng)用中，總延時非常重要，延時是顯示和視頻會議系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，而圖像質(zhì)量是攝制后期設(shè)備最重要的指標。除了這些特殊應(yīng)用需求，器件還必須能夠支持各種幀速率、分辨率和格式。
而且，這類設(shè)備的設(shè)計周期相對較短，當需求變化時，設(shè)計人員沒有足夠的時間等待長周期ASSP 重制的完成。結(jié)果，很多優(yōu)秀的視頻技術(shù)ASSP 供應(yīng)商在這一領(lǐng)域未能及時跟上市場的腳步，被消費類電子芯片生產(chǎn)商收購，為消費類市場提供視頻處理專業(yè)技術(shù)。例如， Gennum （VXP）、Genesis、Silicon Optix 和LetIt Wave 分別被Sigma Designs、ST Micro、IDT 和Zoran 收購。
在這一ASSP 行業(yè)合并和重新定位過程中， FPGA 視頻處理功能不斷增強，成為定制圖像格式轉(zhuǎn)換應(yīng)用的理想平臺。為支持加速實現(xiàn)FPGA 圖像格式轉(zhuǎn)換， Altera 開發(fā)了本白皮書介紹的1080p 視頻設(shè)計工作臺，幫助系統(tǒng)設(shè)計人員輕松開發(fā)定制圖像格式轉(zhuǎn)換信號鏈。本文所討論的圖像格式轉(zhuǎn)換參考設(shè)計可以作為起點，適當修改后用于定制視頻處理應(yīng)用開發(fā)。本設(shè)計經(jīng)過硬件驗證，可以提供給授權(quán)用戶。
1 視頻設(shè)計工作臺
Altera 視頻設(shè)計工作臺集成了各種工具和構(gòu)建模塊視頻功能，有助于加速定制圖像格式轉(zhuǎn)換設(shè)計的開發(fā)和實現(xiàn)。它包括以下組成：
■ 構(gòu)建模塊視頻知識產(chǎn)權(quán)（IP） 內(nèi)核
■ 格式轉(zhuǎn)換參考設(shè)計，展示FPGA 功能，提供設(shè)計起點。
■ 低開銷開放視頻接口，支持混合匹配定制或者商用IP 模塊。
■ 用于集成處理器和存儲器子系統(tǒng)的系統(tǒng)級設(shè)計工具
■ 可迅速進行原型設(shè)計的各種視頻開發(fā)套件
Altera 為視頻處理開發(fā)了各種構(gòu)建模塊，即，視頻和圖像處理（VIP） 包（ 參見圖1）。在這一開發(fā)包的眾多功能中，縮放和去隔行是圖像格式轉(zhuǎn)換設(shè)計最常用的功能。Altera 的VIP 包具有復(fù)雜的多相縮放引擎和去隔行功能，可以配置實現(xiàn)運動自適應(yīng)去隔行功能。其他常用的功能包括色度重新采樣、顏色空間轉(zhuǎn)換以及幀速率轉(zhuǎn)換等，這些都含在VIP 包中?？梢园堰@些視頻功能結(jié)合在一起，開發(fā)定制視頻格式轉(zhuǎn)換設(shè)計。
圖1. 視頻圖像處理（VIP） 包
這一視頻設(shè)計工作臺提供以前由ASSP 實現(xiàn)的功能，還具有定制設(shè)計并進行更新的優(yōu)點（ 參見表1）。
表1. Altera 視頻設(shè)計工作臺與廣播ASSP 的對比
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